彌春霞、王博（山東萊鋼自動化部，271104）
摘要： 該系統通過PLC采集現場生產數據，作為故障判斷和定位的基礎，上位機對采集的數據進行處理，判斷現場各設備工作狀態，狀態的正誤以不同的形式在項目畫面上顯示出來。
關鍵詞： PLC MMI 以太網通訊
一、概述
該系統通過工業以太網實現上位監控機和可編程控制器PLC通訊和數據交換，上位機從PLC采集現場生產數據，作為故障判斷和定位的基礎，在上位機上以RSVIEW工業監控軟件作平臺，制作適宜于項目的畫面，上位機對采集的數據進行處理，判斷現場各設備工作狀態，狀態的正誤以不同的形式在項目畫面上顯示出來。
二、系統配置
系統是基于WINDOWS NT SEVER 4.0操作系統和RSVIEW32工業監控軟件為平臺進行開發的。系統硬件采用IPC 610 研華工控機，主頻800HZ，40G硬盤。系統不另配主機，與原監控畫面并行運行，系統同時在4臺監控機上運行，與原MMI由身份識別程序進行窗口切換。采用工業以太網，將現場5套AB 5/40E 工業控制器PLC和四臺上位監控機進行連接，實現數據通訊。在該系統中，以四套AB PLC-5/40E作為主控制器，分別用于連鑄機的公用系統及三套鑄流系統的自動控制。共25臺變頻器則各自作為遠程站與PLC進行通訊：其啟動、停止、調速等指令均由PLC以數據通訊形式下達給變頻器，同時變頻器的各種狀態數據以同樣形式反饋給PLC。用于公用控制的PLC系統中，主機架通過CPU外掛5個擴展機架，2塊遠程輸入/輸出模板（RIO）及4臺變頻器。用于鑄流控制的三套PLC系統的配置完全相同，均是：主機架通過CPU外掛2個擴展機架，3塊RIO及7臺變頻器。
硬件和網絡配置圖（圖1）
三、軟件開發
軟件采用模塊化結構，由通訊與數據采集模塊、數據處理與故障判斷模塊、身份識別模塊、操作跟蹤模塊、故障模擬模塊。見軟件結構圖（圖2）。
圖2
3.1通訊與數據采集模塊
通訊與數據采集模塊實現現場生產數據的采集，以及在線故障診斷系統與PLC之間的數據交換。現場數據首先由PLC采集，然后，診斷系統再通過以太網通訊采集PLC中的數據。診斷系統產生的控制指令通過網絡通訊下達到PLC，由PLC控制現場設備的響應。
3.2數據處理與故障判斷模塊
數據處理與故障判斷模塊實現對現場數據的處理，并根據數據處理的結果判斷設備的工作狀態，確定故障是否發生，并支持故障查詢定位，給出故障處理向導。以拉矯機的故障判斷為例進行描述。
拉矯機的狀態有三種：正轉、反轉、停止，故障狀態定義為當前狀態不符合按照生產工藝要求的狀態。拉矯機的故障判斷按下圖邏輯進行判斷：（圖3）
圖3
圖3的構圖布局與實際系統工作界面的構圖布局相同，在實際系統工作界面中條件方框全部為按鈕組件，當條件滿足時相應按鈕為綠色，不滿足為紅色。如果右端的三組條件有一組具備，則判定按工藝拉矯機應當正轉，此時，拉矯機如狀態正確，正轉按鈕應當呈現綠色，如果為紅色，則拉矯機故障，系統給操作界面警示信號。如果兩臺拉矯機同時故障，系統要求操作工給出應答確認，進入故障處理程序。檢修人員可以觀察當前畫面，如是電機過熱導致故障，電機過熱按鈕將呈現紅色，點擊該按鈕，彈出故障處理向導。畫面如（圖4）
圖4
通過以上簡單例子的描述，可以看出該模塊能夠完成故障點的精確定位，并給出故障處理向導。這種故障顯示方式具有直觀、便捷的優點，如果到復雜的PLC程序中去找故障點，就不具有這種優點。即使對工藝和PLC程序了解不深的人，也可以輕松的查找故障，解決故障。
3.3身份識別模塊
身份識別模塊能夠識別操作者身份，防止非授權操作。該模塊將設備操作管理功能分為三個級別，即操作級、管理級、維護級，不同級別人員有不同的工作界面，除操作級外，其他人員均無法操作現場設備，各級別均有口令保護。模塊對操作級更添加了鎖定保護，操作員即使不關閉操作畫面，只需點擊鎖定按鈕，系統就不在響應任何操作命令，當再次點擊解鎖按鈕時，系統要求重新輸入口令，否則，不能解鎖。
當按下任一按鈕時，彈出口令識別對話框，要求輸入口令，口令正確，進入下一級畫面，否則，退回選擇畫面。
操作級工作站是操作工操作現場設備的畫面；管理級工作站即工程師工作站，是工程師調試、修改程序所使用的界面；維護級工作站是現場維修人員所使用的界面。
該模塊的界面如圖5.
圖5
3.4操作跟蹤模塊
操作跟蹤模塊的功能是記錄所有操作命令，形成日志文件，以備查閱。當通過身份識別進入操作界面后，所作的任何一個操作命令，都將記入日志文件。操作級無權查閱或修改日志文件，只有管理級才有這一權限。該模塊妥善保留了原始操作記錄，為進行責任界定，提供了客觀依據。
3.5故障模擬模塊
故障模擬模塊提供了故障演示、模擬功能。在維護級界面中，專門設置了一個模擬按鈕，當按下這一按鈕時，系統自動打開模擬畫面，模擬畫面的結構和外觀與工作畫面完全相同，區別是，模擬畫面不與任何外部點相連，全部使用數據庫的內部點。可以修改數據庫的數據，以實現故障設定，系統會根據設定，演示相應故障。該功能主要用于復現故障和技術培訓。
四、主要控制功能
4.1 數據處理與故障判斷技術
從PLC采集數據以后，必須決定哪些信號狀態的組合以及如何組合可以判斷為故障；為了建立某一設備的故障判斷模型，哪些信號是必須的，哪些信號可以作為輔助條件。在此項目工作中，我們利用先進的專家系統技術手段建立了信息庫，制定了判斷規則，故障判斷模型。
4.2 身份識別及操作跟蹤技術
這臺連鑄機自動化程度較高，所有操作都可以在主控室上位機的MMI上完成，而任何非法操作都將可能導致嚴重的人身、設備事故，影響安全生產。我們把設備的操作權限進行了分級管理，分為操作級、維護級、管理級，每一級別的人員享有進行相應級別操作的權限，進入操作界面必須輸入正確的口令，對其他級別的操作界面無權操作也無權進入。操作人員可以暫時將界面鎖定，系統將拒絕響應未授權的操作，但不影響其他級別的正常操作。系統對每一項操作都將形成日志文件，記錄操作的內容、時間、級別。
4.3 故障分級管理和人工干預接口技術
系統對各種故障進行分級管理，根據故障對生產和設備的影響程度，把故障分為兩類，即一般性故障和嚴重性故障，不同的故障處理方式不同。故障信息同時反饋到操作級界面，一般性故障只給予提示，如何處理由操作人員確定；嚴重性故障給操作員三種選擇，即停機、解除聯機自動、忽略。操作員必須給出應答，否則，在經過延時后，系統將自動向PLC發出拉尾坯工作方式命令，連鑄機進入澆注結束處理程序。
4.4 故障模擬技術
該技術允許系統離線模擬故障，重現故障過程，可以用于故障研究，也可用于技術培訓。
五、結束語
矩形坯連鑄機在線故障診斷系統開發過程中采用了先進的數據處理及故障定位技術，系統模塊化編程方法以及合理的功能劃分體現了系統工程的思想，身份鑒別功能和操作跟蹤功能具有一定的創新性。該系統兼有故障診斷功能和技術培訓功能，既創造直接的經濟效益，又具有良好的社會意義，有推廣的價值。
參考文獻：
[1] 廈門艾倫-布拉德利有限公司. PLC-5 編程軟件, 軟件組態與維護
作者簡介：
彌春霞，工程師，現從事冶金自動化控制工作。
